Пример расчета кислородного баланса и написания реакций взрывчатого превращения.
а) Рассчитать кислородный баланс для аммиачной селитры NH4NO3 и для тротила (тринитротолуол, гранулотол) C7H5O6N3.
где 3 – количество атомов кислорода в молекуле аммиачной селитры.
2 - количество атомов кислорода, необходимого для окисления четырех атомов водорода до полного окисления, т.е. до H2O.
80 – молекулярная масса аммиачной селитры.
16 – атомный вес кислорода.
где 6 – количество атомов кислорода в тротиле.
14 - количество атомов кислорода, необходимого для окисления семи атомов углерода до полного окисла, т.е. до СO2.
2,5 - количество атомов кислорода, необходимого для полного окисления до H2O пяти атомов водорода.
16 – атомный вес кислорода.
227 – молекулярная масса тринитротолуола.
б) Рассчитать кислородный баланс для 1 кг граммонита 79/21.
(79% NH4NO3 (аммиачная селитра) и 21% C7H5O6N3 (тринитротолуол)).
Вначале определим количество атомов H , O , C , N в 1 кг граммонита 79/21. Для этого рассчитаем количество молей аммиачной селитры и тротила в 1 кг граммонита 79/21. Поскольку в 1 кг взрывчатой смеси содержится 790 гр. аммиачной селитры и 210 гр. тротила, то количество молей этих веществ соответственно будет равно:
где 80 и 227 соответственно молярная масса аммиачной селитры и тринитротолуола.
Отсюда, химическая формула 1 кг граммонита 79/21 запишется в виде:
9,88 NH4NO3 +0,93 C7H5O6N3 = C6,51H44,17O35,22N22,55
Тогда аналогично предыдущему примеру кислородный баланс граммонита 79/21 будет равен:
где 35,22 – количество атомов кислорода в 1 кг граммонита 79/21.
13,02 - количество атомов кислорода, необходимого для полного окисления 6,51 атомов углерода.
22,09 - количество атомов кислорода, необходимого для полного окисления 44,17 атомов водорода.
1001,51 – молярная масса 1 кг граммонита 79/21.
с) Написать реакцию взрывчатого разложения одного килограмма граммонита 79/21.
Вначале напишем левую часть уравнения. Для этого определим количество молей NH4NO3 и C7H5O6N3 содержащихся в 1 кг граммонита 79/21. (См. предыдущий пример).
9,88 NH4NO3 +0,93 C7H5O6N3 = C6,51H44,17O35,22N22,55
Из полученной структурной формулы 1 кг граммонита 79/21 следует, что кислорода хватает для полного окисления водорода и углерода, следовательно, это химическое соединение относится к ВВ I группы, а уравнение взрывчатого разложения запишется следующим образом:
9,88 NH4NO3
+0,93 C7H5O6N3
22,09 H2O
+6,51 CO2
+11,23 N2
+0,055 O2
d) Написать реакцию взрывчатого разложения одного килограмма граммонита 30/70 (состоящего из 30 % NH4NO3 и 70 % C7H5O6N3).
Напишем левую часть уравнения аналогично предыдущему примеру. Количество молей NH4NO3 и C7H5O6N3 содержащихся в 1 кг граммонита 30/70 будет равно соответственно:
;
Отсюда левая часть уравнения будет иметь вид:
3,75 NH4NO3 +3,08 C7H5O6N3 = C21,56H30,4O29,73N16,74
Анализируя полученную структурную формулу 1 кг граммонита 30/70 видим, что кислорода не хватает для окисления С и Н до полных окислов. Следовательно, эта взрывчатая смесь не относится к ВВ I группы. Более того, это и не ВВ II группы, поскольку для окисления С до газообразного состояния требуется 21,5 атом О и 15,2 атома кислорода для окисления Н до H2O , это в сумме составляет 36,7 атома кислорода при наличии во взрывчатой смеси 29,73 атома. Следовательно, эта взрывчатая смесь относится к ВВ III группы.
Для написания реакции воспользуемся методом Бринкли-Вильсона.
3,75 NH4NO3+3,08 C7H5O6N3 15,2 H2O+8,37 N2 +21,56 C +3,18 О2
15,2 H2O + 8,37 N2 + 6,36 СО + 15,2 С.
е) Рассчитать теплоту взрыва граммонита 79/21 и граммонита 30/70.
Реакции взрывчатого разложения граммонита 79/21 и граммонита 30/70 выглядят следующим образом (см. примеры с и d ):
9,88 NH4NO3 + 0,93 C7H5O6N3 22,09 H2O +6,51 CO2 +11,23 N2 +0,055 O2 ;
3,75 NH4NO3 + 3,08 C7H5O6N3 15,2 H2O + 8,37 N2 + 6,36 СО + 15,2 С.
Согласно уравнению QВЗР=QП.В.-QОБР. (10) , учитывая, что теплота образования простых веществ равна нулю, а также используя значения теплот образования из табл. 3 имеем:
для граммонита 79/21:
QВЗР = (22,09*240,6 + 6,51*395,6) – (9,88*354,8 + 0,93*42,3) = 4345,45 кДж/кг.
(теплота образования продуктов взрыва ) - (теплота образования ВВ)
для граммонита 30/70:
QВЗР = (15,2*240,6 + 6,36*113,7) – (3,75*240,6 + 3,08*42,3) = 3347,72 кДж/кг.
(теплота образования продуктов взрыва ) - (теплота образования ВВ)